《2019高中物理 第4章 波粒二象性 量子、光的粒子性学案 教科版选修3-5.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019高中物理 第4章 波粒二象性 量子、光的粒子性学案 教科版选修3-5.doc（17页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1量子、光的粒子性量子、光的粒子性【学习目标学习目标】 1了解黑体和黑体辐射的实验规律； 2知道普朗克提出的能量子的假说 3理解光电效应的实验规律及光电效应与电磁理论的矛盾； 4理解爱因斯坦的光子说及光电效应的解释，了解光电效应方程，并会用来解决简单问题 【要点梳理要点梳理】 要点一、能量量子化要点一、能量量子化1 1热辐射热辐射（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐 射物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同物理学 中把这种现象叫做热辐射 （2）热辐射的特性：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同当物体温
2、度较低时 （如室温） ，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波（在红外线区域） ，不能引起人的视觉；当温度升 高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，如燃烧的炭块会发出醒目的红光 2 2绝对黑体（简称黑体）绝对黑体（简称黑体）（1）定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波如果一个物体能够 完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体所谓“黑体”是指能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体绝对的黑体实际上是不存在的， 但可以用某种装置近似地代替（2）黑体辐射的实验规律：对于一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料
3、的种类及表面状况有关而黑体 的辐射规律最为简单，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关随着温度的升高，一方面黑体辐射各种波长电磁波的本领都有所增加，另一方面辐射本领的极大 值向波长较短的方向移动辐射强度3 3普朗克能量量子化假说普朗克能量量子化假说（1）能量子黑体的空腔壁是由大量振子（振动着的带电微粒）组成的，其能量只能是某一最小能量值的整数倍例如可能是或2、3、当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份 一份地进行这个不可再分的最小能量值叫做能量子，h，其中是电磁波的频率，h是普朗2克常量（346.626 10J sh ） （2）能量的量子化在微观世界里，能量不能连续
4、变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化（3）普朗克的量子化假设的意义传统的电磁理论认为光是一种电磁波，能量是连续的，能量大小决定于波的振幅和光照时间普 朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出了能量子假说，普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革 命性的影响普朗克常量危是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征4 4什么样的物体可看成黑体什么样的物体可看成黑体（1）黑体是一个理想化的物理模型 （2）如图所示，如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会 发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出这个小孔
5、近似看成一个绝对黑体（3）黑体看上去不一定是黑的，有些可看做黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很 明亮，如炼钢炉口上的小孔一些发光体（如太阳、白炽灯丝）也被当作黑体来处理要点二、光的粒子性要点二、光的粒子性1 1光电效应现象光电效应现象19 世纪末赫兹用实验验证了麦克斯韦的电磁场理论，明确了光的电磁波说但赫兹也最早发现 了光电效应现象如图所示。用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，这说明锌板在光的照射下发射了 电子定义：住光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出米的电子叫做光电子要点诠释：要点诠释：（1）光电效应的实质：光现象转化为电现象（2）定义中光包括不可见光和可
6、见光（3）使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫外线2 2光电效应的规律光电效应的规律可以用图研究光电效应中光电流与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系3阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在光照时能够发射光电子电源加 在K与A之间的电压大小可以调整，正、负极也可以对调当电源按图示极性连接时，阳极A吸收 阴极K发出的电子，在电路中形成光电流（1）光电效应的实验结果首先在入射光的强度与频率不变的情况下，IU的实验曲线如图甲所示曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值mI这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A若单位时间内从阴极K上逸出的光电子数目
7、为n，则饱和电流mIne式中e为电子电荷量，另一方面。当电压U减小到零，并开始反向时，光电流并没降为零，这就表明从阴极K逸出的光电子具有初动能所以尽管有电场阻碍它们运动，仍有部分光电子到达阳极A但是当反向电压等于cU时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A，使光电流降为零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极A如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压cU来确定电子的最大速度mv和最大动能，即21 2kmmcEmveU在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时，得到的IU曲线如图乙所示4它显示出对于不同强度的光，cU是相同的这说明同频率、不同强度的光所产
8、生的光电子的最大初动能是相同的此外，用不同频率的光去照射阴极K时，实验结果是：频率愈高，cU愈大，如图丙，并且与cU呈线性关系，如图丁频率低于c的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，c称为截止频率对于不同的材料，截止频率不同（2）光电效应的实验规律饱和电流mI的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光线的强度无关（如图乙，图中010203III、表示入射光强度） ，而只与入射光的频率有关频率越高，光电子的初动能就越大（见图丁） 频率低于c的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出光的照射和光电
9、子的逸出几乎是同时的，在测量的精度范围内（910s）观察不出这两者间存在滞后现象 3 3经典电磁理论解释光电效应到的困难经典电磁理论解释光电效应到的困难（1）波动理论认为：光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振幅所决定的， 跟频率无关（2）电磁理论解释光电效应的三个困难：波动理论光电效应实验结果困难 1按照光的波动理论，不论入射光的频率是多少，只要如果光的频率小于金属的极限频5光强足够大，总可以使电子获得足够的能量从而发生 光电效应率，无论光强多大，都不会发生 光电效应困难 2光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初 动能也应该越大，遏止电压也越大即出射电子的动 能应该由人
10、射光的能量即光强来决定遏止电压与光强无关，与频率有 关困难 3光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能 量积累的时间就长当入射光照射到光电管的阴极时， 无论光强怎样微弱，几乎在一开 始就产生了光电子4 4爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程（1）光子说：爱因斯坦于 1905 年提出，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即Eh，式中h叫普朗克常量 （346.63 10J sh ）（2）光电效应方程：kmEhW其中21 2kmcmEm v为光电子的最大初动能，W为金属的逸出功注意要正确理解光电效应方程式中kmE是光电子的最大初动能
11、，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是0kmE范围内的任何数值光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系（注意不是正比关系） ， 与光强无关光电效应方程包含了产生光电效应的条件，即0kmEhW，亦即hW，cW h，而cW h就是金属的极限频率光电效应方程实质上是能量守恒方程逸出功W：电子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出 功光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少 5 5光子说对光电效应规律的解释光子说对光电效应规律的解释（1）由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量而且 这个传递能量的过程只能是一个
12、光子对一个电子的行为如果光的频率低于极限频率，则光子提供给 电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应（2）而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能21 2kmcmEm vhW，其中W为金属的逸出功，因此光的频率越高，电子的初动能越大（3）电子接收能量的过程极其短暂，接收能量后的瞬间即挣脱束缚，所以光电效应的发生也几 乎是瞬间的（4）发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时 间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多6 6知识归纳知识归纳6（
13、2）光电效应现象说明光具有粒子性（3）光电效应方程21 2kmcmEm vhW，W为逸出功7 7光电效应曲线光电效应曲线（1）kmE曲线：如图(a)所示的是光电子最大初动能kmE随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功负值；斜率为普朗克常量 （kmEhW，kmE是的一次函数，不是正比例函数）（2）IU曲线：如图（b）所示的是光电流强度I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中mI为饱和光电流，cU为遏止电压要点诠释：要点诠释：利用21 2ccmeUm v可得光电子的最大初动能kmE利用kmE图线可得极限频率c和普朗克常量h8 8光强光强光的强度
14、是指单位时间内垂直于光的传播方向上的单位面积所通过的能量，即Inh，其中 是光子的频率，n是单位时间单位横截面积上通过的光子数光的强度不但与n有关，也与有关：（1）在入射光频率不变时，光强与光子数成正比 （2）当光强一定时，入射光的频率越高，单位时间单位横截面积上通过的光子数目就越少，因 而逸出的光电子数目也越少 9 9光电管的构造和工作原理（重点）光电管的构造和工作原理（重点）要点诠释：要点诠释：利用光电效应可将光信号转化为电信号，而且动作迅速，在实际中用得最多的是光电 管光电管的种类很多，如图所示是有代表性的一种，玻璃泡里的空气已抽出，有时管内充有少量的 惰性气体管的内半壁涂有逸出功小的碱
15、金属作阴极K，管内另有一阳极A，使用时采用如图所示 的电路7要点诠释：要点诠释：当光照射到阴极K上时，由于发生光电效应，就有电子从阴极K上发射出来，在电 场力作用下到达阳极A因而电路中就有电流流过照射光的强度不同，阴极发射的电子数不同， 电路中的电流就不同因此利用光电管可将光信号转化为电信号光电管产生的光电流很弱，应用时 可用放大器进行放大 利用光电管可以实现自动化控制，制作有声电影，实现无线电传真，自动计数等 1010密立根违背初衰的验证密立根违背初衰的验证爱因斯坦提出光子说后，尽管他的论证清晰简明，但当时科学界的反应十分冷淡量子论的创始 人普朗克也责怪爱因斯坦的光子说“走得太远” 美国实验
16、物理学家密立根将自己视为光的波动理论 的捍卫者，并定下了工作目标：对爱因斯坦的光电效应方程进行彻底检验，以扼制这种“不可思议的” “大胆的”和“轻率的”光子说密立根对光电效应进行了长期研究（实验原理图见图“研究光电效应的电路图” ） 在 1916 年发 表的论文中，他公布了实验结果：光电子的最大初动能与入射光频率的关系曲线，确实是一条直线，由直线斜率还精确测定了h的值虽然密立根对光子说采取排斥态度，但他毕竟是一位科学家，具有 实事求是的科学精神，密立根的实验结果证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性【典型例题典型例题】 类型一、能量量子化类型一、能量量子化例 1光是一种电磁波，可见光的波长的大致范
17、围是400700 nm400 nm700 nm、电磁辐射的能量子的值各是多少？【思路点拨】根据公式c和h进行计算。【答案】194.97 10J 192.84 10J【解析】根据公式c和h可知：400 nm对应的量子 8 3419 19 13.0 106.63 10J4.97 10J400 10ch 700 nm对应的能量子 8 3419 29 23.0 106.63 10J2.84 10J700 10ch 【总结升华】熟悉能量的量子化以及波长、波速、频率之间的关系8例 2太阳光垂直射到地面上时，地面上21 m接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45（1）假如认为可见光的波长约为
18、0.55 m，日地间距离1115 10 mR 普朗克常量346.6 10J sh ，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？（2）若已知地球的半径为66.4 10 m，估算地球接收的太阳光的总功率【答案】 （1）444.9 10个 （2）141.8 10 kW【解析】 （1）设地面上垂直于阳光的21 m面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有45%cPn h解得 0.45 Pnhc633480.45 0.55 101.4 10 6.6 103 10 个211.75 10个设想一个以太阳为球心，以日地间距离为半径的大球面包围着太阳大球面接收的光子数即等于 太阳辐射的全部光子数则所求可见光光子数2
19、2111 24441.75 104 3.14 (1.5 10 )4.9 10NnR 个个（2）地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂 直接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积则地球接收阳 光总功率为6214 21.4 3.14 (6.4 10 ) kW1.8 10 kWPPr地【总结升华】解答此题需要一些空间想象力通过分析物理情景，构思出解题所需要的模型 球面与圆面，是解答此题的关键例 3阅读如下资料并回答问题：自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热 辐射热辐射具有如下特点：辐射
20、的能量中包含各种波长的电磁波；物体温度越高，单位时间从 物体表面单位面积上辐射的能量越大；在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它 处在平衡状态，则能量保持不变若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即4 0PT，其中常量98245.67 10W/mK（）在下面的问题中，把研究对象都简单地看做黑体有关数据及数学公式：太阳半径696000 kmSR ，太
21、阳表面温度5770 KT ，火星半径3395 kmr 球面积24SR，其中R为球半径（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为782 101 10m范围内，求相应的频率范围（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？（3）火星受到来自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为2r（r为火星半径）的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍。忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温 度【思路点拨】太阳向各个方向是均匀辐射能量的：也就是说是向以太阳为球心，以d为半径的球 面上均匀辐射【答案】204K【解析】 （1）由c得，15 11.5 10 Hz，13 23 10 Hz 所以辐射频率范围是1
22、3153 101.5 10 Hz（2）每小时从太阳表面辐射的总能量42 04SEPtST tR，式中3600 st SR为太阳半径，代入数据得301.38 10 JE （3）火星单位时间内吸收来自太阳的辐射能量2 24 244SrPRTd入，将400SdR代入，得422400T rP入10火星单位时间内向外辐射的能量244PrT出，式中T为火星温度火星处于平衡状态时，PP入出，即42 24 24400T rrT得 204K800TT 【总结升华】在解答第（3）问时，要注意太阳向各个方向是均匀辐射能量的：也就是说是向以太阳为球心，以d为半径的球面上均匀辐射类型二、光电效应现象及应用类型二、光电效
23、应现象及应用例 4在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板 时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，这时（ ） A锌板带正电，指针带负电 B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指针带负电【答案】B 【解析】弧光灯发出的紫外线照射锌板，发生光电效应，有电子从锌板飞出，锌板由于失去电子 而带正电；验电器与锌板相连接，也带正电故 B 项正确 【总结升华】本题易错选 A 项，锌板带正电，错误地认为指针应该带负电锌板与指针是连接在 一起的，带相同的电荷例 5一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（ ） A若增加绿光的照射强度，
24、则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加【思路点拨】光子能量与光的频率成正比【答案】A、D【解析】光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生 的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加：而照射光的11强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加紫光频率高于绿光，故上述选项正确的有 A、D【总结升华】只要知道光子能量与光的频率成正比即可解答举一反三举一反三: : 【变式 1】红光和紫光相比（ ） A红光光子的能量
25、较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小 【答案】A【变式 2】现有abc、三束单色光，其波长关系为abc。用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定（ ） Aa光束照射时，不能发生光电效应 Bc光束照射时，不能发生光电效应 Ca光束照射时，释放出的光电子数目最多 Dc光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小【答案】A 【变式 3】已知一束可见光a是由mnp、三种单色光组成的。
26、检测发现三种单色光中， np、两种色光的频率都大于m色光；n色光能使某金属发生光电效应，而p色光不能使该金属发生 光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是（ ） 【答案】A例 6如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过其原 因可能是（ ） A入射光太弱 B入射光波长太长C光照时间太短 D电源正、负极接反【解析】光电管电路中形成电流的条件：一是阴极在光的照射下有光电子逸出，二是逸出的光电 子应能在电路中定向移动到达阳极其中有无光电子逸出决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极12限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光
27、 电管两极间所加电压的正负和大小共同决定一旦电源正、负极接反，即使具有最大初动能的光电子 也不能到达阳极，即使发生了光电效应，电路=中也不能形成光电流故该题的正确选项是 B、D【答案】B、D【总结升华】了解光电管的工作原理是解决此题的关键例 7如图，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极，发现电流表读数不为 零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零；当电压表 读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为（ ） A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV 【思路点拨】熟记和理解爱因斯坦光电效应
28、方程、遏止电压。【答案】A【解析】设能量为2.5 eV光子照射时，光电子的最大初动能为21 2mv，阴极材料的逸出功为W，据爱因斯坦光电效应方程有： 21 2mvhW 题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到0.6 VU 以后，具有最大初动能的 光电子也不能达到阳极，因此21 2eUmv 由得 2.5 eV0.6 eV1.9 eVWheU， 故选项 A 正确【总结升华】对遏止电压的理解是求逸出功的关键也要对爱因斯坦光电效应方程熟记和理解例 8用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能kE随入射光频率变化的kE图象已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的
29、逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个以kE坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图所示中的（ ） 13【答案】B【解析】依据光电效应方程kEhW可知，kE图线的斜率代表了普朗克常量h，因此钨和锌的kE图线应该平行图线的横轴截距代表了极限频率c，而cW h，因此钨的c大些综上所述，B 图正确【总结升华】本题最大的特点是利用数学图象解决物理问题不能把物理问题转化为数学问题， 再利用数学函数关系解决物理问题是最易出现的错误只有在理解光电效应方程的基础上，把其数学 关系式与数学函数图象结合起来，经分析、推导得出图象的斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对 应的物理量，
30、从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力举一反三举一反三: : 【变式】下表给出了一些金属材料的逸出功现用波长为400nm的单色光照射上述 材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（ ） （普朗克常量346.6 10J sh，光速83.00 10 m/sc ）A2 种B3 种 C4 种D5 种【答案】A例 9用红光照射光电管阴极发生光电效应时，光电子的最大初动能为kE，饱和光电流为I，若改用强度相同的紫光照射同一光电管，产生光电子最大初动能和饱和光电流分别为kE和I，则下面正确的是（ ） A kkEEII， BkkEEII， CkkEEII， DkkEEII，【思路点拨】理
31、解光的强度的概念和饱和光电流的概念【答案】D材料铯钙镁铍钛逸出功 （10-19J）3.04.35.96.26.614【解析】因为紫光的频率比红光的频率高，所以kkEE因为两束光的强度相同，因而NhN h红红常常，所以NN红常红光光子数紫光光子数，而饱和光电流又由入射的光子数决定，因此II【总结升华】正确理解光的强度的概念和饱和光电流的概念是解决本题的关键举一反三举一反三: :【变式】某金属的逸出功为0W，用波长为的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值时，光电流便被截止当光的波长改变为原波长的1/ n后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的 倍试计算原入射光的波长【答案】0() (1)hc
32、n W【解析】利用0ceUhW，按题意可写出两个方程：0cceUhW，以及0cnce UhW，两式相减得 (1)(1)cceUhn再将上述第一式代入，便有 0(1)(1)cchWhn0() (1)hcn W【总结升华】光频率决定光子能量，金属材料决定光电子的逸出功，光电子的最大初动能由光频 率和金属材料共同决定例 10如图所示，一光电管的阴极用极限波长05000A的钠制成用波长3000 A的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差2.1 VU ，饱和光电流的值（当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流）0.56 AI15（1）求每秒钟内由K极发射的光电
33、子数目；（2）求电子到达A极时的最大动能；（3）如果电势差U不变，而照射光的强度增到原来的三倍，此时电子到达A极时最大动能是多大?（普朗克常量346.63 10J sh ）【答案】196.01 10J【解析】因为饱和光电流的值I与每秒阴极发射的电子数的关系是qneIt电子从阴极K飞出的最大初动能kmEhW电子从阴极K飞向阳极A时，还会被电场加速，使其动能进一步增大（1）设每秒内发射的电子数为n，则6 12 190.56 103.5 101.60 10Itne个个（2）由光电效应方程可知0011kmccEhWhhhc，在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为kE，011kkmEEeUhceU代
34、入数值得 196.01 10JkE （3）根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变，即196.01 10J【总结升华】准确理解极限波长、饱和光电流以及最大初动能是解决问题的关键，结合爱因斯坦16光电效应方程解出最大初动能举一反三举一反三: : 【变式】如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、 光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成（1）示意图中，a端应是电源_极（2）光控继电器的原理是：当光照射光电管时，_（3）当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是（ ） A增大绿光照射
35、强度，光电子的最大初动能增大B增大绿光照射强度，电路中光电流增大C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流【答案】 （1）正（2）有光电流产生，通过放大器放大后，电磁继电器工作，把衔铁N吸附过来 （3）B、D 【解析】 （1）要使电路中有电流，必须使光电子加速运动，故电源a端为正极（2）有光电流产生，通过放大器放大后，电磁继电器工作，把衔铁N吸附过来（3）光电流与光强有关，光越强光电流越大，故 B 对；最大初动能与光强无关，故 A 错；当改 用频率更大的光照射时，一定能发生光电效应现象，故有光电流，故 D 对例 11
36、用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为3 1RR乙甲，则下述说法中正确的是（ ） A两种金属的逸出功之比为3 1B两种光电子的速度大小之比为3 1C两种金属的逸出功之比为1 3D两种光电子的动量大小之比为3 1【思路点拨】在磁场中的匀速圆周运动与物理光学相结合。【答案】B、D 【解析】电子在磁场中做匀速圆周运动，由172vevBmR得 mvReB，动量大小和速度大小均和环绕半径成正比，B、D 对；光电子的最大初动能之比为9 1，由爱因斯坦的光电效应方程可得：金属的逸出功21 2Whmv，所以两种金属均逸出功的
37、比值不确定，故选 B、D【总结升华】光电效应现象中发出的光电子在磁场中或电场中运动，这就是物理光学与电场、磁 场的结合点，这类问题实质上还是带电粒子在电场、磁场中的运动问题，多为在电场中的类平抛，在 磁场中的匀速圆周运动，解决问题的关键就是抓住两种运动的特点及处理方法举一反三举一反三: : 【变式】如图所示，两束不同的单色光A和B，分别沿半径射入截面为半圆形玻璃砖中后，都由圆心O沿OP方向射出下列说法中正确的是（ ） A在玻璃中B光传播的速度较大 BA光的光子能量较小 C若分别用这两种单色光做双缝干涉实验，且保持其他实验条件不变，则A光在屏上形成的明 暗条纹的宽度较小 D若用B光照射某金属板能产生光电效应，则用A光照射该金属板也一定能产生光电效应【答案】C 【解析】考查光的折射、全反射，光的干涉及光电效应。因B光偏折更大，故B的折射率大于A的 折射率，A光在玻璃中速度更大，B光的临界角更小，A光的波长更长，则同样条件下，形成的明 条纹间距更大。因B光的频率大于A光的频率，故B光能使金属产生光电效应，A光不一定能使金 属产生光电效应。